(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側が吸音処理された内箱と、前記内箱の周囲を覆う外箱と、前記内箱の外側に固定された内箱用磁石と、前記磁石と同じ極同士が相対向して前記外箱の内側に固定された外箱用磁石とを備え、前記内箱は、前記内箱用磁石と前記外箱用磁石との間に作用する反発力により、前記外箱に対して非接触で防振支持され、前記内箱と前記外箱との空間部の空気は真空引きされ、前記内箱用磁石は、前記内箱の外側のうち底面と側面にそれぞれ固定され、前記外箱用磁石は、前記外箱の内側のうち底面と側面にそれぞれ固定され、前記内箱および前記外箱に固定された磁石のうち、少なくとも一方は、電磁石で構成され、前記電磁石は、前記電磁石を制御する制御手段に接続され、前記制御手段は、前記内箱内に配置された第一のマイクと前記外箱外に配置された第二のマイクに接続され、前記第一のマイクの出力と前記第二のマイクの出力に基づいて前記内箱に伝わる騒音、或いは振動のエネルギーを最小化するように前記電磁石の電流を制御してなる真空磁気浮上型防振無響箱。
【請求項２】
請求項１に記載の真空磁気浮上型防振無響箱において、前記外箱と前記内箱の一部はそれぞれ透明部材で構成され、前記各透明部材は少なくとも一部が相対向して配置されてなることを特徴とする真空磁気浮上型防振無響箱。
【請求項３】
請求項１に記載の真空磁気浮上型防振無響箱において、前記第一のマイクの代わりに、前記内箱に設置された第一の振動ピックアップを用い、前記第二のマイクの代わりに、前記外箱に設置された第二の振動ピックアップを用いてなる真空磁気浮上型防振無響箱。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空磁気浮上型防振無響箱に係り、特に、低騒音型ＯＡ機器の発生騒音パワーの測定や、騒音計など測定器自体の評価、あるいは聴覚や音声をはじめとする種々の実験・研究などに使用可能に構成された真空磁気浮上型防振無響箱に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世の中の音環境は、室内・室外を問わず（暗）騒音レベルが年々上昇している。一方で、コンピュータの周辺機器をはじめ多くのＯＡ機器は年々静穏化の方向で設計が進んでいる。また、高出力・高感度マイクロフォンや精密騒音計などについても、それらを受けて非常に低い音圧レベルまで計測できるものが開発・市販され始めている。これらを、一般の事務所などで手軽に測定・評価できるようにするには、非常に高度な遮音性を備えて内部に十分な静寂性を有し、かつ、大掛かりな防音室や無響室とは異なる小型の防音無響箱が求められる。
【０００３】
従来、防音箱あるいは防音室としては、図９に示すものが知られている。図９に示す防音室１００は、録音スタジオなどに用いられ、二重構成浮き構造となっている。すなわち、防音室１００は、外部遮音壁１０２や内部遮音壁１０４に適当な透過損失（ＴＬ（ｄＢ））を有する材料を用いて二重・三重の壁とし、さらに、高度な遮音性能が必要な場合は、内部遮音壁１０４を外部遮音壁１０２に対して、図１０に示す防振ゴム１０６やバネ１０８などで防振支持するようになっている。
【０００４】
二重壁の遮音とその等価回路を図１１に示す。また、二重壁の透過損失（ＴＬ）の理論値として、周波数と透過損失の関係を図１２に示す。
【０００５】
一方、磁気防振については、図１３に示すように、レコードプレーヤ１１０のターンテーブル１１２を永久磁石１１４の反発力で防振浮上させようとした試みなどが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の防音室１００では、二重・三重構造を採用しているが、以下のような不都合がある。
【０００７】
（１）板材料と中間の空気層により、「共鳴透過」と称する、図１２に示すような無視できない遮音低下（落ち込み、ｄｉｐ）が複数の周波数で発生し、一定以上遮音性能を上げることができない。
【０００８】
（２）特に、最低のｄｉｐ周波数、ｆrm（Ｈｚ）で構成材料単体より悪い「全透過（遮音性ゼロ）」、すなわち、ＴＬ＝０（ｄＢ）となる通過現象が発生してしまう。因みに、三重構造では、このような谷が複数出現する。
【０００９】
（３）更に、内部遮音壁１０４を支持する防振ゴム１０６、ばね１０８などは、支持部分を通した固体音（固体伝播音＝振動）の通過を低減する性能はあるが、それ自体が振動伝導路となったり、支持・固定という基本機能と絡むバネ定数選定の制約（無制限に小さくできない）から、固体音の伝播を完全にゼロにすることはできない。
また、従来の磁気防振についても、以下のような不都合や問題がある．
（４）図１３に示すような一方向の防振では、ターンテーブルの軸などを介しての振動（固体伝播音）エネルギーが残存するため、やはり伝播を完全にゼロにすることはできない。
【００１０】
（５）また、超伝導リニアモーターカーのように完全非接触で防振が実現できたとしても、空気を介して空気伝播音が伝播する以上、防音無響箱全体として外部からの騒音エネルギーをゼロにすることはできない。
【００１１】
このように本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、固体伝播音と空気伝播音の両者の伝播経路を同時に遮断することにより、従来に無い高度に静寂な空間を、軽微な構成材料で実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は、内側が吸音処理された内箱と、前記内箱の周囲を覆う外箱と、前記内箱の外側に固定された内箱用磁石と、前記磁石と同じ極同士が相対向して前記外箱の内側に固定された外箱用磁石とを備え、前記内箱は、前記内箱用磁石と前記外箱用磁石との間に作用する反発力により、前記外箱に対して非接触で防振支持され、前記内箱と前記外箱との空間部の空気は真空引きされてなる真空磁気浮上型防振無響箱を構成したものである。
【００１３】
前記した手段によれば、内箱は外箱に非接触で防振支持され、振動的に全く接触せず、かつ内箱と外箱との間の空気が真空引きされているので、音（空気伝播音）が伝わる媒体そのものを除去することができ、固体伝播音と空気伝播音の両者について伝播経路をほぼ完全に遮断できる。すなわち、音響伝播経路（例えば、空気音については空気、固体音については防振材料）そのものを除去し、伝播を司る媒体自体を除去することにより、比較的軽微な材料構成で、圧倒的に大きな遮音性能を得ることができるわけである。
【００１４】
また、前記真空磁気浮上型防振無響箱を構成するに際しては、前記外箱と前記内箱の一部をそれぞれ透明部材で構成し、前記各透明部材を少なくとも一部が相対向するように配置する。この場合、透明部材を介して、防振無響箱の内部の変化や状態を観察することができ、音響や音声以外の研究領域における種々の実験や測定への利用も可能となる。
【００１５】
防振性能を更に向上させる手段として電磁石の電流を外部から侵入する騒音や振動に応じて適応制御することができる。
【００１６】
具体的には、内箱および外箱に固定された磁石のうち、少なくとも一方を電磁石とし、これに流す電流を外部からの騒音、或いは振動に応じて適応制御することにより内箱に伝わる騒音、或いは振動のエネルギーを最小化するように制御・構成する。
【００１７】
このような適応処理が理想的な条件で機能すれば、騒音制御の視点からは、丁度、真空引きされた塔屋の中を自然落下するエレベータの内部のような条件を構築できる（エレベータのワイヤを伝わる固体伝播音を無視しエレベータ筐体の遮音性が十分だとすると、内部には外部からいかなる騒音も侵入しない宇宙空間に準ずる静寂さとなる）。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、比較的軽微な材料構成で、圧倒的に大きな遮音性能を得ることができ、結果として大掛かりな防音室や無響室でなく、事務所などの一般居室において０ｄＢ−ＳＰＬに迫る超静寂空間を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例を示す真空磁気浮上型防振無響箱の断面図である。図１において、真空磁気浮上型防振無響箱１０は、内箱１２と、内箱１２の周囲を覆う外箱１４とを有する二重構造であって、外形寸法が略２５０×３６０×４５０ｍｍ程度、重量が３０ｋｇ以下になっており、内箱１２と外箱１４は、例えば、ケイ酸カルシウム板のような比較的面密度の大きな材料を用いて構成されている。内箱１２の内側には、吸音処理として、例えば、厚さ２５〜５０ｍｍ程度のグラスウール（図中ＧＷと略記）などが全面に亘って貼り付けられている。具体的には、当該無響箱１０は、５０ｍｍ程度の真空層を間にしてその両側に、厚さ略３０ｍｍと２０ｍｍ程度のケイ酸カルシウム板が配置され、各ケイ酸カルシウム板の内側に、厚さ５０ｍｍ程度のグラスウールを全面に亘って貼り付けた構成となっている。なお、内箱１２の外側と外箱１４の内側に、厚さ５０ｍｍ程度のグラスウールを全面に亘って貼り付けることで、内箱１２と外箱１４との間の空気が真空引きされる前の状態でも、ある程度の遮音性向上を図ることができる。
【００２０】
内箱１２の外側底面と外側側面には、内箱用磁石として、永久磁石、例えば、ネオジウムマグネット１６が内箱１２の重さに応じて、複数個分散して固定されている。また、各ネオジウムマグネット１６に相対向して、同じ極同士、例えば、Ｓ極同士またはＮ極同士が相対向するように、外箱用磁石として、ネオジウムマグネット１８が複数個分散して固定されている。各ネオジウムマグネット１６、１８は、同じ極同士相対向して配置されているため、各ネオジウムマグネット１６と各ネオジウムマグネット１８との間には、図２に示すように、磁気反発力が作用するようになっている。すなわち、内箱１２は、外箱１４の底面から浮上し、外箱１４に対して非接触で防振支持されるようになっている。このため、固定伝播音（振動）が極めて伝わりにくく、しかも、各ネオジウムマグネット１６、１８は、内箱１２と外箱１４の底面と周囲側面の複数の領域に配置されているので、内箱１２を安定に防振支持できる。なお、ネオジウムマグネット１６、１８の代わりに、電磁石を用いることもできる。この場合、一方または両方を電磁石とし、外部から外箱１４に伝わった振動に応じて電流を適応制御することにより、内箱１２に伝わる騒音をアクティブに最小化できる。
【００２１】
また、外箱１４の側面側底部に形成された貫通孔２０には、コンプレッサ２２に連結されたパイプ２４が挿入されており、パイプ２４の管路途中に配置されたコック２６を開いて、コンプレッサ２２を駆動することで、外箱１４と内箱１２との間の空間部２８の空気が真空引きされ、少なくとも含有酸素が略５％以下の真空に保たれている。このため、空気音が内箱１２内に伝播するのをほぼ完全に遮断することができる。また、空間部２８の空気は完全に取り除かれ真空となるので、真空引きの後、コック２６を閉めて空気の漏れを遮断すれば、長時間にわたって内箱１２内部に超静寂が空間を実現することができる。さらに、振動と空気を十分に遮断するように設計された「防振貫通ダクト」を両者の間に通せば、動物や植物を使った音響実験も可能になる。
【００２２】
内箱１２と外箱１４の上部側（天井面側）には、透明部材、例えば、ガラス板やアクリル板で構成されて覗き窓３０、３２が設けられている。このため、外部から内部の変化や状態を観察する必要があるときには、遮音性を何ら損なうことなく、覗き窓３０、３２から内部の変化や常態を観察することができる。
【００２３】
また、内箱１２と外箱１４の上部側（天井面側）には、試験体や供試体あるいはマイク３４を挿入するための穴（図示せず）が形成されており、この穴の周囲には、図３のような気密型の開閉板（子扉）３６、３８が着脱自在に固定されている。各開閉板３６、３８は、図３に示すように、矩形形状に形成されており、中央部には電源ケーブルや信号ケーブルなど振動伝播の無い十分に柔らかい細線（極細線）４０を挿入するための貫通孔（図示せず）が形成されている。この貫通孔には、コーキングなどの気密処理が施され、略円柱状に形成された気密型の二重構造蓋体４２の外側が挿入・固定されている。蓋体４２をなす内側管・外側管にはそれぞれネジ（図示せず）が形成されており、外側管内に挿入された内側管を右方向に回すことで外側管と締結されて気密が確保され、逆方向に回すと締結が解除されるようになっている。図３ｃのようにそれぞれ２枚で構成される蓋体４２の内・外管体中央のケーブル穴は、締結後コーキングなどで密閉する。また、各開閉板３６、３８は、ケイ酸カルシウム板の両面側に鋼板を貼り付け、内側の鋼板に、厚さ５０ｍｍ程度のグラスウールを貼り付けて構成され、十分な遮音性と機密性を確保するためゴム板などを介して無響箱本体にネジ止めされている。
【００２４】
上記構成による真空磁気防振無響箱１０の遮音性能を示す実効遮音度ＮＩＦ（ｄＢ）は、略以下の式で表わさせると推定される。
【００２５】
【数１】
0004511450.tif 000002
【００２６】
【数２】
0004511450.tif 000003
【００２７】
ここに、ＴＬ1、ＴＬ2、Ａ，Ｓ、α(上線バーが付されたα)は、それぞれ、外箱構成材料の総合透過損失（箱全体の平均的な総合透過損失）、内箱構成材料の総合透過損失、内箱内部の総吸音力、内表面積、平均吸音率である．また、Δ（ｄＢ）は、内箱１２と外箱１４に挟まれる中間層部分の真空による音響エネルギーの減衰量で、音波（空気音）を伝える媒体自体がないため、理論的には無限大∞となる。ただし、残留空気や磁気防振部分でわずかな伝播があると考えられるので、実際には２０ｄＢ程度と推察される。実際のΔは真空引きの度合いや、磁気防振の仕様により左右されると考えられるが、これらの程度や精度を上げる事でそれ以上の減衰を確保することも可能と考えられる。
【００２８】
次の表１に、ＮＣ曲線を周波数ごとに数値化したときの概略数値を示し、表２に、内箱１２と外箱１４をケイ酸カルシウム板などで構成した場合のＮＩＦ（ｄＢ）の試算例を示す．表１で、ＮＣ−１０以下の値は基準外であるが、比較参照用として基準値から外挿法により求め、あくまで「相当値」として記載している。両者をグラフ化し図４に示す。また、試算では当該無響箱の設置環境として一般的な事務所などを想定し、ＮＣ−４０としている。
【００２９】
【表１】
0004511450.tif 000004
【００３０】
【表２】
0004511450.tif 000005
【００３１】
数値化ＮＣ曲線から、真空磁気防振無響箱１０により得られたＮＩＦ（ｄＢ）の推定値は、各帯域６０（ｄＢ）以上となり、内箱１２の内部においては、通常問題とされる全周波数帯域（６３Ｈｚ〜８ｋＨｚ）で凡そ０（ｄＢ−ＳＰＬ）となり、ＪＩＳのホン（ｄＢ（Ａ））によれば０ｄＢ（Ａ）をはるかに下回る負の値（例えば、−１０ホン、−１５ｄＢ（Ａ）など）となることが予想される。
【００３２】
本実施例によれば、内箱１２は外箱１４に対して、非接触で防振支持され、振動的に（固体音伝播の視点で）全く接触せず、かつ内箱１２と外箱１４との間の空気が真空引きされているので、音が伝わる媒体そのものが無く、固体伝播音と空気伝播音の両者について伝播経路をほぼ完全に遮断できる。この結果、高度な遮音を比較的軽い材料（特に内箱１２）で実現することができる。
【００３３】
具体的には、一般の事務所程度の暗騒音環境下（５０〜６０ホン）でも、内部暗騒音を０ホン、あるいはそれ以下の超低音圧レベル、例えば、０（ｄＢ−ＳＰＬ）以下（ＮＣ値−１０相当）にまで騒音レベルを低減できる。
【００３４】
また、内箱１２と外箱１４の材料として、ガラスや鋼板ではなく、アクリル板やアルミ板など軽くて気密性があり、かつ剛性の高いものを用いれば、比較的面密度の小さい軽微な材料を用いることができる（特に、内箱１２）。
【００３５】
さらに、内箱１２の内部には空気が存在してもよいので、前記の「防振貫通ダクト」（防振貫通システム）などにより振動を伝えることなく空気を内箱内部に還流させ、ほぼ実況に近い条件で種々の実験や測定を行うことが可能となる。
【００３６】
また、内箱内部の照明や設備用の電源ケーブル、或いはマイクケーブルなどの信号線や関連機器（たとえばマイクアンプやスピーカ）の通信線まで、防振上排除する必要がある場合には、内部にバッテリーを設置したり、信号のワイヤレス化（無線通信化）によりこれを実現することができる。
【００３７】
更に、内箱１２を内部に人間が入れるような大きな環境として構築する場合、すなわち、「防音室」として全体のシステムを構成する場合、空調設備をはじめ種々の建築設備のダクトや配管類を内箱（室）１２と外箱（室）１４の間に設置する必要があるが、これについても通常録音スタジオの浮き構造などに用いる「防振貫通システム／技術」を導入し、必要遮音度に応じた十分な防振性能と遮音性能を確保すれば、無理なくこれを実現することができる。
【００３８】
また、内箱１２と外箱１４に取り付けて各ネオジウムマグネット１６、１８の位置及び強さを以下のように選択することにより、内箱１２を外箱１４内部で安定に浮上させることができる。
【００３９】
まず、平面内で内箱１２が安定にバランスする条件を述べる。この場合、内箱１２及び外箱１４は筒状とするが、その平面形状は長方形、円形、または任意のもっと複雑な形状でもよい。最も簡単な例として、例えば、図５に示すように、円形断面（円筒形）を考える。この場合、ネオジウムマグネット１６、１８も円環状とし、例えば、内箱１２は外側がＮ極、内側がＳ極、外箱１４は、その逆として、同じ極同士が対向するようにネオジウムマグネット１６、１８を内箱１２と外箱１４にそれぞれ取り付ける。
【００４０】
この状態で何らかの理由で内箱１２、外箱１４、ネオジウムマグネット１６、１８を含む系のバランスが崩れ、一部でネオジウムマグネット１６、１８が互いに接近したとする。すると、ネオジウムマグネット１６、１８は、同じ極同士の距離が小さくなって反発力が増すことになる。このため、ネオジウムマグネット１６、１８には押し戻す方向に力が働き、結果として、系は再び均衡状態に戻る。このように系全体は谷型のバランスを形成して平衡を保つことになる。
【００４１】
また、矩形断面の場合には、図６に示すように、内箱１２と外箱１４のコーナー部に同極同士が対向するように、ネオジウムマグネット１６、１８をそれぞれ取り付ければ、円形断面の場合と同様に系全体のバランスを保つことができる。
【００４２】
一方、立断面内のバランスとして、筒状の内箱１２が傾斜せずに鉛直を保つためには、図７に示すように、同極同士が対向したネオジウムマグネット１６、１８を２対ずつ内箱１２と外箱１４の上下両端部に取り付ける。この場合、ネオジウムマグネット１６、１８の上下方向の寸法は、内箱１２の移動範囲、例えば、Ｌ＝１０ｍｍと同程度が必要になる。鉛直方向で供試体を含む内箱１２の重量を支える床部分のネオジウムマグネット１８はそれに応じた強さのものが必要であるが、その強さは上記設計寸法Ｌ（ｍｍ）の範囲に納まるようにネオジウムマグネット１８の磁力密度、個数などを選定すればよい。
【００４３】
更に、ネオジウムマグネット１６、１８の一方または両方を電磁石とし、電磁石の電流を適応制御し防振性能を最適化する場合は、システムを次のように構築する。
【００４４】
例えば、ネオジウムマグネット１６、１８のうち少なくとも一方を電磁石とし、この電磁石を設置環境の室内騒音（外箱１４への侵入騒音）、あるいは、これによる外箱１４表面の振動（固体音）に応じて制御する。以下、ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルタを用いて、外箱１４の電磁石５０を制御する例を図８に示す。
【００４５】
図８において、外箱１４の外側には、防音無響箱が置かれた実験室などの室内騒音（外箱１４へ侵入する外部騒音エネルギー）を収音するマイク５２が配置され、内箱１２内にはエラーセンサとして機能するマイク５４が配置されている。マイク５２はヘッドアンプ５６を介してＦＩＲフィルタ５８に接続され、マイク５４はヘッドアンプ６０を介してＦＩＲフィルタ５８に接続されている。ＦＩＲフィルタ５８はパワーアンプ６２を介して外箱１４の電磁石５０に接続されている。
【００４６】
ここで、マイク５２の出力に応じＦＩＲフィルタ５８とパワーアンプ６２を介して電磁石５０の電流を能動的に制御するに際して、ＦＩＲフィルタ５８として、固定型ＦＩＲフィルタを用いる場合には、マイク５４の出力が最小になるように、予め測定などを通して各種パラメータの値を設定しておく。一方、ＦＩＲフィルタ５８として、適応型ＦＩＲフィルタを用いる場合には、マイク５４の出力が最小になるように、時々刻々最適にパラメータが制御される。
【００４７】
マイク５２とマイク５４は必要に応じ、または適応の精度を上げるために、それぞれ振動ピックアップ６４、６６に置き換えることもできる。振動ピックアップ６４は内箱１２の壁面或いは床面に設置され、振動ピックアップ６６は外箱１４の床面などに設置される。この場合、内箱１２を常に水平に保つための姿勢制御を行うときには、振動ピックアップ６６として、変位出力型のものを用い、この出力で各々独立化した電磁石５０および制御系のＦＩＲフィルタ５８を制御する。
【００４８】
このように、ネオジウムマグネット１６、１８のうち少なくとも一方を電磁石５０とし、この電磁石５０に流す電流を固定的に、或いは能動的に制御して、内箱１２の振動、或いは内箱内部空間の騒音を最小化することにより、内箱１２の内部に侵入する騒音の遮断性能を極限まで高めることができる。
【００４９】
すなわち、磁気浮上を介して僅かに内箱１２に伝播する騒音エネルギー（固体音・振動）に関して、電磁石５０に流す電流を騒音に応じて適応制御することにより、騒音エネルギー伝播量を最小化するように能動制御することができるわけである。この時、制御には、固定型、或いは適応型のＦＩＲフィルタ５８を用い、後者の場合、エラーセンサとして、内箱１２の表面に取り付けた振動ピックアップ６６、あるいは内箱内部に設置したマイクロフォン５４を用いる。制御を電磁石５０ごとに独立とし、エラーセンサに変位制御型振動センサを用いれば、供試品の位置の偏りなどに因らず内箱１２を常に水平に保つなどの姿勢制御も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例を示す真空磁気浮上型防振無響箱の断面図。
【図２】ネオジウムマグネットの側面図。
【図３】（ａ）開閉板の正面図、（ｂ）開閉板の側面図、（ｃ）蓋体の正面図。
【図４】ＮＣ曲線の特性図。
【図５】円形断面内におけるバランスを説明するための平断面図。
【図６】矩形断面内におけるバランスを説明するための平断面図。
【図７】立断面内におけるバランスを説明するための断面図。
【図８】本発明の他の実施例を示す真空磁気浮上型防振無響箱の断面図。
【図９】従来の防音室の断面図。
【図１０】防振材の例を示す図。
【図１１】二重壁の遮音と等価回路を示す図。
【図１２】周波数と透過損失との関係を示す二重壁のＴＬ理論値の特性図。
【図１３】磁気浮上方式のレコードプレーヤの側面図。
【符号の説明】
【００５１】
１０  真空磁気防振無響箱
１２  内箱
１４  外箱
１６、１８  ネオジウムマグネット
２２  コンプレッサ
３０、３２  覗き窓
３６、３８  開閉板
【図１】
0004511450.tif 000006
【図２】
0004511450.tif 000007
【図３】
0004511450.tif 000008
【図４】
0004511450.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0004511450.tif 000014
【図１０】
0004511450.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
0004511450.tif 000017
【図１３】
0004511450.tif 000018